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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 11 / Ökologische Agrarwissenschaften  → Boden- und Pflanzenbauwissenschaften  → Fachgebiet Ökologischer Land- und Pflanzenanbau  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-715

Titel: Root effects on the turnover of grain legume residues in soil
Autor(en): Mayer, Jochen
Schlagworte (SWD): KörnerleguminosenanbauRhizosphäreMikrobiozönoseStickstoffstoffwechsel
Klassifikation (DDC): 630 - Landwirtschaft, Veterinärmedizin (Agriculture)
Issue Date: 22-Oct-2003
Zusammenfassung: Das Ziel dieser Arbeit war, die Einflüsse von Wurzeln und Rhizodeposition auf den Umsatz von Körnerleguminosenresiduen und damit verknüpfte mikrobielle Prozesse zu untersuchen. In einem integrierten Versuch wurden Ackerbohne (Vicia faba L.), Erbse (Pisum sativum L.) und Weiße Lupine (Lupinus albus L.) untersucht. Der Versuch bestand aus drei Teilen, zwei Gefäß-Experimenten und einem Inkubationsexperiment, in denen ausgehend von einem Gefäß-Experiment derselbe Boden und dasselbe Pflanzenmaterial verwendet wurden. In Experiment I wurde die Stickstoff-Rhizodeposition der Körnerleguminosenarten, definiert als wurzelbürtiger N nach dem Entfernen aller sichtbaren Wurzeln im Boden, gemessen und der Verbleib des Rhizodepositions-N in verschiednenen Bodenpools untersucht. Dazu wurden die Leguminosen in einem Gefäßversuch unter Verwendung einer in situ 15N-Docht-Methode mit einer 15N Harnstofflösung pulsmarkiert. In Experiment II wurde der Umsatz der N-Rhizodeposition der Körnerleguminosen und der Einfluss der Rhizodeposition auf den anschließenden C- und N-Umsatz der Körnerleguminosenresiduen in einem Inkubationsexperiment untersucht. In Experiment III wurde der N-Transfer aus den Körnerleguminosenresiduen einschließlich N-Rhizodeposition in die mikrobielle Biomasse und die Folgefrüchte Weizen (Triticum aestivum L.) und Raps (Brassica napus L.) in einem Gewächshaus-Gefäßversuch ermittelt. Die in situ 15N Docht-Markierungs-Methode wies hohe 15N Wiederfindungsraten von ungefähr 84 Prozent für alle drei Leguminosenarten auf und zeigte eine vergleichsweise homogene 15N Verteilung zwischen verschiedenen Pflanzenteilen zur Reife. Die Wurzeln zeigten deutliche Effekte auf die N-Dynamik nach dem Anbau von Körnerleguminosen. Die Effekte konnten auf die N-Rhizodeposition und deren anschließenden Umsatz, Einflüsse der Rhizodeposition von Körnerleguminosen auf den anschließenden Umsatz ihrer Residuen (Stängel, Blätter, erfassbare Wurzeln) und die Wirkungen nachfolgender Nichtleguminosen auf den Umsatzprozess der Residuen zurückgeführt werden: Die N-Rhizodeposition betrug zur Reife der Pflanzen bezogen auf die Gesamt-N- Aufnahme 13 Prozent bei Ackerbohne und Erbse und 16 Prozent bei Weißer Lupine. Bezogen auf den Residual N nach Ernte der Körner erhöhte sich der relative Anteil auf 35 - 44 Prozent. Die N-Rhizodeposition ist daher ein wesentlicher Pool für die N-Bilanz von Körnerleguminosen und trägt wesentlich zur Erklärung positiver Fruchtfolgeeffekte nach Körnerleguminosen bei. 7 - 21 Prozent des Rhizodepositions-N wurden als Feinwurzeln nach Nasssiebung (200 µm) wiedergefunden. Nur 14 - 18 Prozent des Rhizodepositions-N wurde in der mikrobiellen Biomasse und ein sehr kleiner Anteil von 3 - 7 Prozent in der mineralischen N Fraktion gefunden. 48 bis 72 Prozent der N-Rhizodeposition konnte in keinem der untersuchten Pools nachgewiesen werden. Dieser Teil dürfte als mikrobielle Residualmasse immobilisiert worden sein. Nach 168 Tagen Inkubation wurden 21 bis 27 Prozent des Rhizodepositions-N in den mineralisiert. Der mineralisierte N stammte im wesentlichen aus zwei Pools: Zwischen 30 Prozent und 55 Prozent wurde aus der mikrobiellen Residualmasse mineralisiert und eine kleinere Menge stammte aus der mikrobielle Biomasse. Der Einfluss der Rhizodeposition auf den Umsatz der Residuen war indifferent. Durch Rhizodeposition wurde die C Mineralisierung der Leguminosenresiduen nur in der Lupinenvariante erhöht, wobei der mikrobielle N und die Bildung von mikrobieller Residualmasse aus den Leguminosenresiduen in allen Varianten durch Rhizodepositionseinflüsse erhöht waren. Das Potential des residualen Körnerleguminosen-N für die N Ernährung von Folgefrüchten war gering. Nur 8 - 12 Prozent des residualen N wurden in den Folgenfrüchten Weizen und Raps wiedergefunden. Durch die Berücksichtigung des Rhizodepositions-N war der relative Anteil des Residual-N bezogen auf die Gesamt-N-Aufnahme der Folgefrucht hoch und betrug zwischen 18 und 46 Prozent. Dies lässt auf einen höheren N-Beitrag der Körnerleguminosen schließen als bisher angenommen wurde. Die residuale N-Aufnahme von Weizen von der Blüte bis zur Reife wurde durch den Residual-N gespeist, der zur Blüte in der mikrobiellen Biomasse immobilisiert worden war. Die gesamte Poolgröße, Residual-N in der mikrobiellen Biomasse und in Weizen, veränderte sich von der Blüte bis zur Reife nicht. Jedoch konnte ein Rest von 80 Prozent des Residual-N in keinem der untersuchten Pools nachgewiesen werden und dürfte als mikrobielle Residualmasse immobilisiert worden sein oder ist noch nicht abgebaut worden. Die zwei unterschiedlichen Folgefrüchte - Weizen und Raps - zeigten sehr ähnliche Muster bei der N-Aufnahme, der Residual-N Wiederfindung und bei mikrobiellen Parametern für die Residuen der drei Körnerleguminosenarten. Ein differenzierender Effekt auf den Umsatz der Residuen bzw. auf das Residual-N-Aneignungsvermögen der Folgefrüchte konnte nicht beobachtet werden.The objective of the work has been to investigate the root and rhizodeposition effects on the turnover of grain legume residues in soil and the related microbial processes. In an integrated experiment faba bean (Vicia faba L.), pea (Pisum sativum L.) and white lupin (Lupinus albus L.) were investigated. The experiment consisted of three parts, two pot experiments and an incubation experiment, using the soil and plant matter from the pot experiments. In experiment I, the N rhizodeposition, defined as root-derived N in the soil after removal of visible roots of the grain legumes and the fate of rhizodeposition N in differing soil pools were measured. In a pot experiment the legumes were pulse labelled in situ with 15N urea using a cotton wick method. In experiment II, the turnover of rhizodeposition N of the grain legumes and the effects of the rhizodeposition on the subsequent C and N turnover of its residues were investigated in an incubation experiment. The turnover of the rhizodeposits in soil from experiment I was compared with the same soil as control stored cool during the growth of the legumes. The C and N turnover of the grain legume crop residues (stem, leaves, recovered roots) were compared in soils with and without (control) previous growth of the three legumes. In experiment III, the residual N contribution from the grain legumes to microbial biomass and subsequent wheat (Triticum aestivum L.) and oilseed rape (Brassica napus L.) was studied in a greenhouse pot experiment. Wheat and rape were subsequently grown on the soil with previously incorporated legume residues (incl. 15N labelled rhizodeposits) from experiment I and were harvested at flowering and maturity. The in situ cotton wick 15N labelling technique resulted in high 15N recovery rates of about 84 percent for the three grain legumes and showed a comparatively homogeneous 15N distribution among plant parts at maturity. Roots had significant effects on the N dynamics after growth of grain legumes. The effects were related to the N rhizodeposition by the roots of the grain legumes and its subsequent turnover, the effects of grain legume rhizodeposition on the subsequent turnover of its crop residues (stem, leaves, recovered roots) and the effect of the subsequent non-legumes on the turnover process of the residues: The N rhizodeposition constituted between 13 percent of total plant N for faba bean and pea and 16 percent for white lupin at maturity. Relative to residual N it amounts to 35 - 44 percent. Hence, the N rhizodeposition of grain legumes represented a significant pool for N balance and could be a key to understand the positive crop rotation effects after growing grain legumes. Some 7 - 31 percent of total N rhizodeposits were recovered as micro-roots by wet sieving (200 µm) after all visible roots were removed. Only 14 - 18 percent of rhizodeposition N was found in the microbial biomass and a very small amount of 3 - 7 percent in the mineral N fraction. Between 48 and 72 percent of N rhizodeposits could not be recovered in the mentioned pools and a major part of the unrecovered N was probably immobilised in microbial residues. After 168 days of incubation 21 percent (lupin), 26 percent (faba bean) and 27 percent (pea) of rhizodeposition N was mineralised in treatments without crop residues. The mineralised N derived from mainly two pools: Among 30 and 55 percent of rhizodeposition N was supplied by the microbial residue pool and a smaller amount was supplied by the microbial biomass. The effects of rhizodeposition on the C and N turnover of the grain legume crop residues were inconsistent. Rhizodeposition increased the crop residue C mineralisation only in the lupin treatment, whereas the microbial N and the formation of microbial residues derived from crop residues was increased by rhizodeposition in all treatments. The potential of grain legume residue N for the N nutrition of subsequent crops was small. Only 8 - 12 percent of residue N was recovered in subsequent wheat and rape. Due to the inclusion of rhizodeposition the relative percentage of the residue derived N in subsequent wheat and rape was high and constituted between 18 and 46 percent of total N. This indicates that the N benefit from grain legumes to subsequent crop is much greater than previously assumed. The residual N uptake by wheat from flowering to maturity was supplied by the residual N incorporated in the microbial biomass at flowering. The total pool size - residue N in the microbial biomass + - wheat - did not change. A rest of about 80 percent could not be recovered in the examined pools and may be immobilised as microbial residues or not be decomposed. The two contrasting subsequent crops - wheat and rape - showed very similar patterns in N uptake, residue N recovery and microbial parameters for the three legume residues. A differing effect of the two species on the residue turnover or residue acquisition, respectively was not found.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-715
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